JPH08233668A - Optical fiber type distributed temperature sensor - Google Patents

Optical fiber type distributed temperature sensor

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JPH08233668A
JPH08233668A JP8019051A JP1905196A JPH08233668A JP H08233668 A JPH08233668 A JP H08233668A JP 8019051 A JP8019051 A JP 8019051A JP 1905196 A JP1905196 A JP 1905196A JP H08233668 A JPH08233668 A JP H08233668A
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optical fiber
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light
temperature sensor
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保夫 小沢
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哲 山本
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久一 笹原
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Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

PURPOSE: To provide an inexpensive optical fiber distributed temperature sensor which has high temperature accuracy and distance resolution. CONSTITUTION: A leveling processing device of an optical fiber distributed temperature sensor is composed of an A/D converter 61 and plural sets of adding circuits 600 to process its outputs in parallel to each other, and processing time of the respective sets of adding circuits 600 is set in time of set number times a sampling time interval Ts, and the A/D converter 61 outputs input information with every sampling time interval Ts, and respective adders 62 add its outputs in time of 4×Ts.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、温度センサに係
り、特に、光ファイバ式分布形温度センサに関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a temperature sensor, and more particularly to an optical fiber type distributed temperature sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】光ファイバ式分布形温度センサは、光フ
ァイバ中のラマン散乱光やレーレ散乱光等の散乱光強度
が温度によって変化することを利用し、この変化を公知
のOTDR(Optical time Domain Reflectometry)の手
法で検知することにより、光ファイバの長手方向に沿っ
た温度分布を計測するものである。
2. Description of the Related Art An optical fiber type distributed temperature sensor utilizes the fact that the intensity of scattered light such as Raman scattered light and Rayleigh scattered light in an optical fiber changes depending on the temperature, and this change is known as OTDR (Optical time Domain). The temperature distribution along the longitudinal direction of the optical fiber is measured by detecting with a method of Reflectometry).

【0003】ラマン散乱光を利用した光ファイバ式分布
形温度センサ(以下、単にラマン式温度センサと呼ぶ)
の計測概念を第7図を用い以下に説明する。
An optical fiber type distributed temperature sensor utilizing Raman scattered light (hereinafter, simply referred to as Raman type temperature sensor)
The measurement concept of will be described below with reference to FIG.

【0004】光源からパルス光(パルス幅Tw,パルス周
期Tp)をセンサ用光ファイバに導くと、該光ファイバ内
でアンチストークス光やストークス光等の後方散乱光
(反射光)が励起され、その一部は計測装置に戻る。こ
の反射光をパルス光入射時刻をt=0とし、サンプリン
グ時間間隔Tsで計測すると、アンチストークス光やス
トークス光の強度の時間関数Ia(t),Is(t) がサンプ
リング時間間隔Tsの関数として求まる。このとき、こ
れらの比Ia(t) /Is(t) が純粋に温度の関数である
こと、及び光パルス入射後、光ファイバ内の距離Xの位
置で発生した反射光が光パルス入射端(反射光計測部)
に戻ってくるまでの時間が2×X/Coであること(C
o;光ファイバ中の光速)を利用すると、光ファイバの
沿った線状の温度分布が測定できる。
When the pulsed light (pulse width Tw, pulse period Tp) is guided from the light source to the sensor optical fiber, backscattered light (reflected light) such as anti-Stokes light and Stokes light is excited in the optical fiber, Part returns to the measuring device. When this reflected light is measured at the sampling time interval Ts with the pulsed light incident time t = 0, the time functions Ia (t), Is (t) of the intensities of the anti-Stokes light and the Stokes light are the functions of the sampling time interval Ts. I want it. At this time, these ratios Ia (t) / Is (t) are purely a function of temperature, and after the light pulse is incident, the reflected light generated at the position of the distance X in the optical fiber is at the light pulse incident end ( Reflected light measurement unit)
2 × X / Co before returning to (C
o; the speed of light in the optical fiber), the linear temperature distribution along the optical fiber can be measured.

【0005】なお、反射光が計測される時間幅Trは2
×L/Coであり(L;光ファイバ長さ)、この時間は
Tr内の計測値が有効な温度分布情報を与える。
The time width Tr for measuring the reflected light is 2
× L / Co (L; optical fiber length), and the measured value in Tr gives effective temperature distribution information at this time.

【0006】次に、第8図を用いて、ラマン式温度セン
サの概要を説明する。
Next, an outline of the Raman temperature sensor will be described with reference to FIG.

【0007】このラマン式温度センサは、計測装置10
とセンサ用光ファイバ20から構成される。光源2から
パルス光をセンサ用光ファイバ20に導くと、該光ファ
イバ内で後方散乱光(反射光)が励起され、励起された
反射光の一部は計測装置10側に戻り、光分岐器31、
光ファイバ22を介して、光分岐器32に導かれる。
This Raman type temperature sensor has a measuring device 10
And the optical fiber 20 for sensor. When the pulsed light is guided from the light source 2 to the sensor optical fiber 20, the backscattered light (reflected light) is excited in the optical fiber, and a part of the excited reflected light returns to the measuring device 10 side, and the optical branching device is provided. 31,
It is guided to the optical branching device 32 via the optical fiber 22.

【0008】光分岐器32で二分された反射光のうち、
光ファイバ23aに導かれたものは、アンチストークス
光用の光学フィルタ4a,受光器5a及び平均化処理回
路6aで構成されるアンチストークス光用OTDR計測
回路30aに入り、この光強度からアンチストークス光
強度の時間関数Ia(t)が求められる。他方、光分岐器3
2で二分された後方散乱光のうち、光ファイバ23sに
導かれたものは、ストークス光用の光学フィルタ4s,
受光器5s及び平均化処理回路6sで構成されるストー
クス光用OTDR計測回路30sに入り、この光強度か
らストークス光強度の時間関数Is(t)が求められる。パ
ルス光源2と平均化処理回路6a,6sの同期合せは、
トリガ回路1の同期信号によって行い、反射光のサンプ
リングは平均化処理回路6a,6s内で、第7図に示す
一定の時間間隔Tsで行われる。
Of the reflected light divided by the optical splitter 32,
The light guided to the optical fiber 23a enters the anti-Stokes light OTDR measurement circuit 30a including the anti-Stokes light optical filter 4a, the light receiver 5a, and the averaging processing circuit 6a. The intensity time function Ia (t) is determined. On the other hand, the optical splitter 3
Of the backscattered light bisected by 2, the one that is guided to the optical fiber 23s is the Stokes light optical filter 4s,
The OTDR measuring circuit 30s for Stokes light composed of the light receiver 5s and the averaging processing circuit 6s is entered, and the time function Is (t) of the Stokes light intensity is obtained from this light intensity. The synchronization between the pulse light source 2 and the averaging processing circuits 6a and 6s is
The synchronization signal of the trigger circuit 1 is used, and the reflected light is sampled in the averaging processing circuits 6a and 6s at a constant time interval Ts shown in FIG.

【0009】得られた時間関数Ia(t)及びIs(t)を温度
分布演算回路7に入力し、Ia(t)/Is(t)の演算を行う
ことにより、センサ用光ファイバに沿った線状温度分布
測定を行っている。
The obtained time functions Ia (t) and Is (t) are input to the temperature distribution calculation circuit 7 and the calculation of Ia (t) / Is (t) is carried out, so that the optical fiber for the sensor is guided. The linear temperature distribution is measured.

【0010】また、平均化処理回路6は、第9図に示す
ように、A/D変換回路61、加算器62、メモリ回路
63、同期回路64から構成される。平均化処理は以下
のようにして行う。
As shown in FIG. 9, the averaging processing circuit 6 is composed of an A / D conversion circuit 61, an adder 62, a memory circuit 63 and a synchronizing circuit 64. The averaging process is performed as follows.

【0011】受光器5から入力されたアナログ量をA/
D変換回路61でディジタル量に変換し、そのディジタ
ル量とメモリ回路63に記憶されたディジタル量との和
を加算器62で行い、その結果を再び、メモリ回路63
に記憶する。この操作をパルス周期TP ごとに、繰返し
行い、最終的にメモリ回路63に記憶された値を繰返し
回数で割ると、入力情報の平均値が求まる。この平均化
処理を行うと、入力情報に含まれたノイズが除去される
ため、温度測定精度は向上する。
The analog quantity input from the light receiver 5 is A /
The digital amount is converted by the D conversion circuit 61, the sum of the digital amount and the digital amount stored in the memory circuit 63 is performed by the adder 62, and the result is again stored in the memory circuit 63.
To memorize. This operation is repeated for each pulse period TP, and the value finally stored in the memory circuit 63 is divided by the number of repetitions to obtain the average value of the input information. When this averaging process is performed, noise included in the input information is removed, so that the temperature measurement accuracy is improved.

【0012】また、A/D変換回路61、加算器62、
メモリ回路63の同期合わせは同期回路64によって行
われている。
Further, an A / D conversion circuit 61, an adder 62,
The synchronization of the memory circuit 63 is performed by the synchronization circuit 64.

【0013】このラマン式温度センサは、例えば電力ケ
ーブルに沿わせてセンサ用光ファイバを敷設することに
より、電力ケーブルの長手方向の温度分布を知ることが
でき、送電容量の制御等に利用したり、ケ−ブルの劣化
等により生じる部分的に温度の高い箇所の検知等が行な
える。また、ビルやトンネル等の火災検知用として使用
すれば、火災発生位置の標定を行うこともできる。
In this Raman temperature sensor, for example, by laying an optical fiber for the sensor along the power cable, the temperature distribution in the longitudinal direction of the power cable can be known, and it can be used for controlling the power transmission capacity or the like. It is possible to detect a part where the temperature is high due to deterioration of the cable. Also, if it is used for fire detection in buildings, tunnels, etc., it is possible to locate the fire occurrence location.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】ラマン式温度センサあ
るいはレーリ式温度センサは上述した方法で線状の温度
分布が測定できる有望な方式であり、その高機能化を図
るため温度精度や距離分解能を向上させる検討が進めら
れている。
The Raman type temperature sensor or Rayleigh type temperature sensor is a promising method capable of measuring a linear temperature distribution by the above-mentioned method. Consideration is being made to improve it.

【0015】温度精度を向上させる為には、微弱な信号
からノイズの影響を除去するため、平均化処理回路の処
理回数を大巾に大きくしてやる必要があり、これに対応
して、平均化処理回路の処理ビット数も大きくしてやら
ねばならない。
In order to improve the temperature accuracy, it is necessary to greatly increase the number of processing times of the averaging processing circuit in order to remove the influence of noise from the weak signal, and correspondingly, the averaging processing is performed. It is necessary to increase the number of processing bits of the circuit.

【0016】また、距離分解能を向上するためには、サ
ンプリング時間を短くする必要がある。
Further, in order to improve the distance resolution, it is necessary to shorten the sampling time.

【0017】しかし、第6図に示すように、処理ビット
数Nbを大きくするほど、処理時間tが長くなるため、
高速形の回路素子を用いても、所要のサンプリング時間
間隔Ts内に平均化処理ができない場合が生じる。特
に、サンプリング時間間隔Tsが短くなるほど、この傾
向が顕著となる。
However, as shown in FIG. 6, the processing time t becomes longer as the number of processing bits Nb is increased.
Even if a high-speed type circuit element is used, the averaging process may not be performed within the required sampling time interval Ts. In particular, this tendency becomes more remarkable as the sampling time interval Ts becomes shorter.

【0018】このような観点から、上記分布形温度セン
サでは、温度精度や距離分解能の向上を図ることは困難
とされていた。
From this point of view, it has been difficult to improve the temperature accuracy and the distance resolution of the distributed temperature sensor.

【0019】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、温度精度や距離分解能が高く、かつ、安価な光ファ
イバ式分布形温度センサを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems and to provide an inexpensive optical fiber type distributed temperature sensor having high temperature accuracy and distance resolution.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、計測系内の光源からセンサ用光ファイバに
光パルスを入射させ、該ファイバで発生する後方散乱光
で形成される反射光を計測系に導き、これら反射光の光
強度を平均化処理装置によりサンプリングして平均化
し、そのデータから光ファイバの温度を求め、光パルス
の入射光時刻と反射光が計測系へ到達する時刻の差から
後方散乱光の発生位置を求めることにより、温度と位置
を同時計測し、該光ファイバの温度分布を計測する光フ
ァイバ式分布形温度センサにおいて、前記平均化処理装
置をA/D変換器とその出力を並列処理する複数組の加
算回路とで構成し、各組の加算回路の処理時間をサンプ
リング時間間隔の前記組数倍の時間内としたものであ
る。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a reflection pulse formed by backscattered light generated by causing an optical pulse to enter an optical fiber for sensor from a light source in a measurement system. The light is guided to the measurement system, the light intensities of these reflected lights are sampled and averaged by the averaging device, the temperature of the optical fiber is determined from the data, and the incident time of the optical pulse and the reflected light reach the measurement system. In the optical fiber type distributed temperature sensor for simultaneously measuring the temperature and the position by obtaining the generation position of the backscattered light from the time difference and measuring the temperature distribution of the optical fiber, the averaging processing device is A / D. It is configured by a converter and a plurality of sets of adder circuits that perform parallel processing of the output thereof, and the processing time of each set of adder circuits is within the number of sets times the sampling time interval.

【0021】上記構成により、加算回路全体を複数回路
で並列処理することにより、平均化処理回路の処理ビッ
ト数を大きくしても、短いサンプリング時間間隔で、処
理可能となり、温度精度や距離分解能を顕著に向上でき
る。
With the above configuration, by processing the entire adder circuit in parallel by a plurality of circuits, even if the number of processing bits of the averaging processing circuit is increased, processing can be performed at short sampling time intervals, and temperature accuracy and distance resolution can be improved. It can be significantly improved.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下本発明の一実施形態を添付図
面に基づいて詳述する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

【0023】まず、本発明の参考とするために、ラマン
散乱光を利用した光ファイバ式分布形温度センサの参考
例を、第3図により説明する。
First, for reference of the present invention, a reference example of an optical fiber type distributed temperature sensor utilizing Raman scattered light will be described with reference to FIG.

【0024】本参考例による光ファイバ式分布形温度セ
ンサの基本概念及び構成は、第7図〜第9図に示す従来
例とほぼ同じであり、異なる点は平均化処理回路6の加
算回路600 を前段加算回路601 と後段加算回路602 に分
けたことである。
The basic concept and configuration of the optical fiber type distributed temperature sensor according to this reference example are almost the same as those of the conventional example shown in FIGS. 7 to 9, except that the addition circuit 600 of the averaging processing circuit 6 is different. Is divided into a pre-stage addition circuit 601 and a post-stage addition circuit 602.

【0025】このとき、前段加算回路601 は加算器62
aとメモリ63aで構成され、後段加算回路602 は加算
器62bとメモリ63bで構成される。
At this time, the adder circuit 601 of the preceding stage adds the adder 62.
a and a memory 63a, and the post-stage addition circuit 602 is composed of an adder 62b and a memory 63b.

【0026】次に、加算回路600 の動作について述べ
る。
Next, the operation of the adder circuit 600 will be described.

【0027】加算回路600 の機能は第9図で説明した従
来のものと同じであるが、異なる点は以下の通りであ
る。即ち、A/D変換器61でディジタル量に変換され
た値を前段加算回路601 に入力し、ここで各計測入力情
報を加算し、加算回数がある回数N0 に達すると、その
加算結果を後段加算回路602 に入力し、メモリ63a内
の記憶をクリアする。後段加算回路602 は、加算回数N
0 ごとに、前段加算回路601 の加算結果が入力され、前
に記憶した値と加算して、メモリ63bに入力する。こ
の操作を繰返すと、その最終結果が加算回路600 の全体
の出力となる。
The function of the adder circuit 600 is the same as that of the conventional one described with reference to FIG. 9, but the different points are as follows. That is, the value converted into a digital value by the A / D converter 61 is input to the pre-stage addition circuit 601, and each measurement input information is added here. When the number of additions reaches a certain number N0, the addition result is output to the subsequent stage. It is input to the adder circuit 602 and the memory in the memory 63a is cleared. The post-stage addition circuit 602 determines the number of additions N
For each 0, the addition result of the previous stage adder circuit 601 is input, added with the previously stored value, and input to the memory 63b. When this operation is repeated, the final result becomes the entire output of the adder circuit 600.

【0028】尚、加算回数N0 は一定の値と設定しても
よく、あるいは、前段加算回路601の加算結果が処理
ビット以上に達した段階としても良い。
The number of times of addition N0 may be set to a constant value, or may be a stage at which the addition result of the preceding stage addition circuit 601 has reached the processing bit or more.

【0029】次に、前段加算回路601 の処理ビット
数Nbの選定方法について説明する。ここでは、サンプ
リング時間間隔TsをTs=20nS、A/D変換器6
1の処理ビット数を8ビット、そして後段加算回路602
の処理ビット数を32ビットとした場合について述べ
る。
Next, a method of selecting the processing bit number Nb of the pre-stage addition circuit 601 will be described. Here, the sampling time interval Ts is Ts = 20 nS, the A / D converter 6
The processing bit number of 1 is 8 bits, and the post-stage addition circuit 602
The case where the number of processing bits of is set to 32 will be described.

【0030】前段加算回路601 と後段加算回路602 (以
下必要に応じ「前段」「後段」という)の処理時間をt
a 、tb とし、それぞれの処理許容時間をTa,Tbと
する。
The processing time of the pre-stage addition circuit 601 and the post-stage addition circuit 602 (hereinafter referred to as "pre-stage" and "post-stage" as necessary) is t.
Let a and tb, and let the respective processing allowable times be Ta and Tb.

【0031】前段の処理時間ta は、その処理ビット数
Nbの数に応じて直線的に増加するので、その比例定数
(傾き)をbと置き、Nb=0のときの遅れを定数aと
すると、前段の処理時間ta は次式で表わされる。
Since the processing time ta of the preceding stage increases linearly according to the number of processing bits Nb, if the proportional constant (slope) is set to b and the delay when Nb = 0 is set to a constant a. , The processing time ta of the preceding stage is expressed by the following equation.

【0032】ta =a+b・Nb また、後段の処理時間tb は、求めるNbとは無関係で
あるから、これを定数tb0と置く。
Ta = a + bNb Further, since the processing time tb in the subsequent stage has nothing to do with the Nb to be obtained, this is set as a constant tb0.

【0033】tb =tb0 次に、前段の処理はサンプリング時間間隔Ts(20n
S)内でのみ可能であるから、その前段の処理許容時間
Taはサンプリング時間間隔Tsで定まる。
Tb = tb0 Next, the processing of the previous stage is performed by sampling time interval Ts (20n
Since it is possible only within S), the processing allowable time Ta of the preceding stage is determined by the sampling time interval Ts.

【0034】Ta=Ts また、後段の処理許容時間Tbは、前段のメモリ63a
が最大になるまで後段を動作させる必要がないことを考
慮すれば、サンプリング時間間隔Tsに対して次の関係
に立つ。
Ta = Ts Further, the processing allowable time Tb in the subsequent stage is equal to the memory 63a in the previous stage.
Considering that it is not necessary to operate the subsequent stage until the maximum value becomes, the following relationship is established with respect to the sampling time interval Ts.

【0035】Tb=Ts・2Nb-8 このように後段の処理許容時間Tbが前段の処理許容時
間Taより長くなるのは、前段のメモリ63bが最大に
なるまで後段を動作させる必要がないので、その最小時
間は,A/D変換器61への入力が毎回最大値(8ビッ
ト)となったときに定まり、その比は2Nb/28 =2
Nb-8となるからである。
Tb = Ts.multidot.2 Nb-8 In this way, the processing allowable time Tb of the subsequent stage becomes longer than the processing allowable time Ta of the preceding stage because it is not necessary to operate the subsequent stage until the memory 63b of the preceding stage becomes maximum. The minimum time is determined when the input to the A / D converter 61 reaches the maximum value (8 bits) each time, and the ratio is 2 Nb / 2 8 = 2.
Because it will be Nb-8 .

【0036】考慮すべき点は、後段加算回路602 の処理
許容時間Tbは比較的長いので、前段加算回路601 の処
理ビット数をNbを少なくすることが有利であること、
更には、その使用する素子に高速の素子を使用しないで
済むような工夫である。
A point to be taken into consideration is that since the processing allowable time Tb of the post-stage addition circuit 602 is relatively long, it is advantageous to reduce the number of processing bits Nb of the pre-stage addition circuit 601.
Furthermore, it is a device that does not require the use of high-speed elements for the elements used.

【0037】ここで、前段と後段のそれぞれの処理時間
ta ,tb と処理許容時間Ta,Tbとの比をとり、そ
れぞれを前段処理適性指数ka,後段処理適性指数kb
と置くと、 ka=ta /Ta =(a+bNb )/Ts kb=tb /Tb =(tb0/Ts)・28 /2Nb …(1) となる。
Here, the ratios of the processing times ta and tb of the front and rear stages and the processing permissible times Ta and Tb are calculated, and the ratios of the pre-processing aptitude ka and the post-processing aptitude index kb are respectively calculated.
When you place a, a ka = ta / Ta = (a + bNb) / Ts kb = tb / Tb = (tb0 / Ts) · 2 8/2 Nb ... (1).

【0038】第2図に、後段の処理時間tb をパラメー
タとしたときの、前段の処理ビット数Nbと上記(1)
式の関係の一例を示す。前段の処理ビット数Nbを増加
させると、(1)式からも推測できるように、前段処理
適性指数kaは直線的に上り、後段処理適性指数kbは
逆に指数関数的に低下している。この第2図において、
前段処理適性指数ka,kbは共に1以下で且つ1に近
いことが好ましい。
FIG. 2 shows the processing bit number Nb in the preceding stage and the above (1) when the processing time tb in the latter stage is used as a parameter.
An example of the relation of expressions is shown. When the number of processing bits Nb in the preceding stage is increased, the preprocessing aptitude index ka rises linearly and the postprocessing aptitude index kb conversely decreases exponentially, as can be estimated from the equation (1). In this FIG.
It is preferable that both the pre-stage process suitability indexes ka and kb are 1 or less and close to 1.

【0039】後段処理適性指数kbついては、前段の処
理ビット数Nbを少なく、例えばA/D変換器61の処
理ビット数に等しい8ビットにとった場合、処理時間が
tb=30ns程度の高速の回路素子を用いたときでも、
後段の処理適性指数kbが1以内に納まらなくなり、後
段の処理に余裕がなくなって来るので、より高速の回路
素子を用いる必要が出てくる。逆に、前段の処理ビット
数Nbを32ビットと多くすると、使用する素子の速度
に対する要求は緩くなるが、前段の処理適性指数kaが
1を越えてしまい、前段の処理に余裕がなくなる。要す
るに、この第2図から次のことが結論される。
Regarding the post-stage processing suitability index kb, when the number of processing bits Nb in the preceding stage is small, for example, 8 bits which is equal to the number of processing bits of the A / D converter 61, a high-speed circuit with a processing time of about tb = 30 ns. Even when using the element,
Since the processing suitability index kb of the latter stage is less than 1 and there is no room for the latter stage processing, it becomes necessary to use higher speed circuit elements. On the other hand, if the number of processing bits Nb in the preceding stage is increased to 32 bits, the demand for the speed of the element to be used becomes loose, but the processing suitability index ka in the preceding stage exceeds 1, and there is no room for the processing in the preceding stage. In summary, the following can be concluded from this FIG.

【0040】(1) 前段加算回路601 の処理ビット数Nb
を、A/D変換器61の処理ビット数(8ビット)と後
段の処理ビット数(32ビット)の間にとれば、処理適
性指数ka,kbは共に、30ns処理素子を32ビッ
ト使用した場合の処理時間に相当する値(図中*印)よ
り小さくなる。
(1) Number of processing bits Nb of the pre-stage addition circuit 601
Between the number of processing bits of the A / D converter 61 (8 bits) and the number of processing bits of the subsequent stage (32 bits), both process suitability indexes ka and kb are obtained when 32 bits of 30 ns processing elements are used. It becomes smaller than the value (* mark in the figure) corresponding to the processing time of.

【0041】(2) 前段加算回路601 の処理適性指数ka
は、その処理ビット数Nbを小さくする程小さくなり、
逆に、後段加算回路602 の処理適性指数kbは、前段処
理ビット数Nbを大きくする程小さくなる。しかし、後
段処理適性指数kbは前段処理ビット数Nbに対して指
数関数的に減少するので、NbをA/D変換器61の処
理ビット数より若干大きくするだけで、その効果は大き
い。
(2) Processing suitability index ka of the pre-stage addition circuit 601
Becomes smaller as the number of processing bits Nb becomes smaller,
On the contrary, the processing suitability index kb of the post-stage addition circuit 602 becomes smaller as the pre-stage processing bit number Nb becomes larger. However, since the post-stage process suitability index kb exponentially decreases with respect to the pre-stage process bit number Nb, the effect is large only by making Nb slightly larger than the process bit number of the A / D converter 61.

【0042】例えば、前段加算回路601 の処理ビット数
Nbを16ビットとすると、その処理適性指数ka=0.
8 となって1以内に収まり、かつ、処理時間ta は16n
sと目標としたサンプリング時間間隔Ts=20nsより
短くできる。
For example, if the number of processing bits Nb of the pre-stage addition circuit 601 is 16 bits, the processing suitability index ka = 0.
It becomes 8 and is within 1 and the processing time ta is 16n.
s and the target sampling time interval Ts = 20 ns.

【0043】また、後段処理適性指数kbを前段処理適
性指数kaと同一値に設定すると、後段処理時間はtb
=4■(16ns×28 )となり、後段加算回路の32ビ
ット処理素子としては十分低速なもので対応できる。
When the post-processing suitability index kb is set to the same value as the pre-processing suitability index ka, the post-processing processing time is tb.
= 4 (16 ns × 2 8 ), which is sufficiently slow as a 32-bit processing element of the post-stage adder circuit.

【0044】第1図は本発明の実施形態であり、上記の
加算回路600 を、ラッチ回路65と、4組の加算器62
とメモリ63で構成し、各組の処理時間をサンプリング
時間Tsの4倍で対応できるようにしたものである。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention in which the above-mentioned adder circuit 600 includes a latch circuit 65 and four adders 62.
And a memory 63 so that the processing time of each set can be dealt with by four times the sampling time Ts.

【0045】A/D変換器61は入力情報をサンプリン
グ時間間隔Tsごとに出力し、その結果をラッチ回路6
5に入力し、このラッチ回路65の出力を各加算器62
が4×Tsの時間内で加算するものである。逆にいえ
ば、同一機能の回路素子を用いると、サンプリング時間
間隔Tsを1/4に短くできる。本実施例は加算器62
を4組使用しているが、この組数は任意に選定できるも
のである。
The A / D converter 61 outputs the input information at every sampling time interval Ts, and the result thereof is latched by the latch circuit 6.
5 and inputs the output of the latch circuit 65 to each adder 62.
Is to be added within the time of 4 × Ts. Conversely, if circuit elements having the same function are used, the sampling time interval Ts can be shortened to 1/4. In this embodiment, the adder 62
Although four sets are used, the number of sets can be arbitrarily selected.

【0046】第4図は第1図の技術と第3図の技術を組
合わせたものであり、前段加算回路601 を並列加算器形
とすることにより、加算回路600 の処理時間を大幅に短
くできるものである。
FIG. 4 is a combination of the technique shown in FIG. 1 and the technique shown in FIG. 3. The processing time of the adder circuit 600 is significantly shortened by using the parallel adder type as the pre-stage adder circuit 601. It is possible.

【0047】第5図は、同一機能の回路素子を用い、本
発明又は参考例の回路構成で実測した実行可能な最小サ
ンプリング時間間隔を示したものであり、いずれも、従
来例より、短いサンプリング時間に対応できることが分
る。
FIG. 5 shows the minimum practicable sampling time intervals actually measured by the circuit configuration of the present invention or the reference example using the circuit elements having the same function. I know I can handle the time.

【0048】上記実施形態は加算回路に対する配慮であ
ったが、A/D変換器についてもこれを並列加算器形と
して同様に構成することにより、同様な効果が得られる
ことは言うまでもない。
In the above embodiment, the addition circuit was taken into consideration, but it goes without saying that the same effect can be obtained also by configuring the A / D converter as a parallel adder type.

【0049】[0049]

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
The present invention exhibits the following excellent effects.

【0050】(1)従来と同様な機能の回路構成素子を
用いても、処理ビット数が高く、かつ、サンプリング時
間が短い平均化処理装置を実現できる。
(1) Even if a circuit component having the same function as the conventional one is used, it is possible to realize an averaging processor having a high processing bit number and a short sampling time.

【0051】(2)処理ビット数を高くできるため、平
均化処理回数を多くでき、ノイズの影響を除去できる。
その結果、温度精度の高い光ファイバ式分布形温度セン
サを実現できる。
(2) Since the number of processing bits can be increased, the number of times of averaging processing can be increased and the influence of noise can be eliminated.
As a result, an optical fiber type distributed temperature sensor with high temperature accuracy can be realized.

【0052】(3)サンプリング時間を短くできるた
め、距離分解能の高い光ファイバ式分布形温度センサを
実現できる。
(3) Since the sampling time can be shortened, an optical fiber type distributed temperature sensor having a high distance resolution can be realized.

【0053】(4)回路構成素子として、新規なものを
開発する必要がないため、高性能な装置を安価に実現で
きる。
(4) Since it is not necessary to develop a new circuit component, a high-performance device can be realized at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施形態を示す光ファイバ式分布形温
度センサの平均化処理回路の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an averaging processing circuit of an optical fiber type distributed temperature sensor showing an embodiment of the present invention.

【図2】前段加算回路の処理ビット数と処理適性指数と
の関係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between the number of processing bits of a pre-stage addition circuit and a processing suitability index.

【図3】平均化処理回路の参考例を示す平均化処理回路
の構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of an averaging processing circuit showing a reference example of the averaging processing circuit.

【図4】本発明の応用例を示す平均化処理回路の構成図
である。
FIG. 4 is a configuration diagram of an averaging processing circuit showing an application example of the present invention.

【図5】本発明の性能を従来型及び参考例と比較した説
明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram comparing the performance of the present invention with a conventional type and a reference example.

【図6】処理ビット数と処理時間との関係を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the number of processing bits and processing time.

【図7】従来の光ファイバ式分布形温度センサの計測概
念を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a measurement concept of a conventional optical fiber type distributed temperature sensor.

【図8】従来考えられていた光ファイバ式分布形温度セ
ンサの構成図である。
FIG. 8 is a block diagram of an optical fiber type distributed temperature sensor that has been conventionally considered.

【図9】従来の平均化処理回路の構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram of a conventional averaging processing circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

61 A/D変換回路 62,62a,62b 加算器 63,63a,63b メモリ 64 同期回路 65 ラッチ回路 600 加算回路 601 前段加算回路 602 後段加算回路 61 A / D conversion circuit 62, 62a, 62b adder 63, 63a, 63b memory 64 synchronization circuit 65 latch circuit 600 addition circuit 601 pre-stage addition circuit 602 post-stage addition circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笹原 久一 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社電線研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hisaichi Sasahara 5-1-1 Hidaka-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Hitachi Cable, Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 計測系内の光源からセンサ用光ファイバ
に光パルスを入射させ、該ファイバで発生する後方散乱
光で形成される反射光を計測系に導き、これら反射光の
光強度を平均化処理装置によりサンプリングして平均化
し、そのデータから光ファイバの温度を求め、光パルス
の入射光時刻と反射光が計測系へ到達する時刻の差から
後方散乱光の発生位置を求めることにより、温度と位置
を同時計測し、該光ファイバの温度分布を計測する光フ
ァイバ式分布形温度センサにおいて、前記平均化処理装
置をA/D変換器とその出力を並列処理する複数組の加
算回路とで構成し、各組の加算回路の処理時間をサンプ
リング時間間隔の前記組数倍の時間内としたことを特徴
とする光ファイバ式分布形温度センサ。
1. An optical pulse is made incident on a sensor optical fiber from a light source in the measurement system, reflected light formed by backscattered light generated in the fiber is guided to the measurement system, and the light intensities of these reflected lights are averaged. By averaging and sampling by the data processing device, by determining the temperature of the optical fiber from the data, by determining the generation position of the backscattered light from the difference between the incident light time of the optical pulse and the time when the reflected light reaches the measurement system, In an optical fiber type distributed temperature sensor for simultaneously measuring temperature and position and measuring the temperature distribution of the optical fiber, the averaging processor is an A / D converter and a plurality of sets of adder circuits for parallel processing the outputs thereof. And an optical fiber type distributed temperature sensor, wherein the processing time of the adder circuit of each set is within the number of times of the sampling time interval.
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